-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Kühlen eines Rotors einer elektrischen Maschine in einem Gehäuse, wobei eine den Rotor tragende Rotorwelle als Hohlwelle ausgeführt ist, in der eine koaxial verlaufende drehbare Abtriebswelle gelagert ist, sodass sich zwischen der Rotorwelle und der Abtriebswelle ein Radialspalt über die axiale Länge der Rotorwelle ergibt. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit der Anordnung.
-
Um beispielsweise Öl als Kühlmittel einer gehäuseseitigen Ölversorgung in einen Radialspalt zwischen einem sich drehenden Bauteil zu fördern, ist beispielsweise aus der Druckschrift
EP 1 914 452 A2 die Verwendung einer Drehdurchführung bekannt.
-
Bei einer derartigen Drehdurchführung wird das Öl z. B. gehäuseseitig in einen Radialspalt gepumpt. Um hierbei die entgegenwirkende Fliehkraft des sich drehenden Bauteils überwinden zu können, sind zum einen eine Vielzahl von Dichtelementen und zum anderen ein hoher Betriebsdruck in der Ölversorgung erforderlich. Somit ergibt sich der Nachteil, dass die Drehdurchführung konstruktiv aufwendig und kostenintensiv ist.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs beschriebene Anordnung und ein Fahrzeug mit der Anordnung vorzuschlagen, bei denen eine verbesserte Ölförderung durch den Radialspalt konstruktiv einfach und kostengünstig realisiert wird.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. 13 gelöst. Vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen.
-
Demnach wird eine Anordnung zum Kühlen eines Rotors einer elektrischen Maschine in einem Gehäuse vorgeschlagen, wobei eine den Rotor tragende Rotorwelle als Hohlwelle ausgeführt ist, in der eine koaxial verlaufende drehbare Abtriebswelle oder dergleichen gelagert ist, sodass sich zwischen der Rotorwelle und der Abtriebswelle ein Radialspalt über die gesamte axiale Länge der Rotorwelle ergibt, der mit Öl durchströmt wird. Um eine verbesserte Ölführung bzw. Ölförderung konstruktiv einfach und kostengünstig zu realisieren, ist vorgesehen, dass einem ersten axialen Endabschnitt der Rotorwelle eine von einer gehäuseseitigen Ölversorgung versorgte Ölleithülse als Öleinlass zum Bilden eines Ölaufnahmeraumes zugeordnet ist, wobei sich an den Ölaufnahmeraum eine Ölfördergeometrie zur Ölförderung in den Radialspalt anschließt.
-
Somit wird durch die beanspruchte Anordnung eine verbesserte Ölförderung zur Kühlung des Rotors bei koaxial zu einander angeordneten Rotorwelle und Abtriebswelle realisiert. Dadurch, dass die Ölfördergeometrie dem Öleinlass zugeordnet ist, fungiert diese quasi als Einfördergeometrie, mit der das Öl in vorteilhafter Weise aus dem Ölaufnahmeraum quasi in den Radialspalt gepresst wird, sodass das Öl die Rotorwelle über ihre axiale Länge entlang eines zentralen Abschnittes der Rotorwelle zwischen den Endabschnitten durchströmt, bis das Öl den Ölauslass an einem zweiten axialen Endabschnitt der Rotorwelle erreicht.
-
Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ölfördergeometrie bei der vorgeschlagenen Anordnung durch einen ersten sich in Strömungsrichtung ausgehend von dem Ölaufnahmeraum bis zu einer Engstelle verringernden Strömungsquerschnittsverlauf und durch einen zweiten sich in Strömungsrichtung ausgehend von der Engstelle bis zum Eintritt in den Radialspalt vergrößernden Strömungsquerschnittsverlauf vorgesehen ist. Durch die Ölfördergeometrie wird das Fluid bzw. das Öl durch den Radialspalt zwischen der Abtriebswelle und der Rotorwelle in Strömungsrichtung gefördert. Der erste Strömungsquerschnittsverlauf wird durch die Abtriebswelle und die gehäusefeste Ölleithülse gebildet, wobei sich der dynamische Druck durch den sich verringernden Strömungsquerschnittsverlauf bis zur Engstelle erhöht, während der statische Druck abnimmt. Demzufolge wird das Öl praktisch in den Radialspalt von außen gedrückt. Ab der Engstelle weitet sich der zweite Strömungsquerschnittsverlauf in Strömungsrichtung auf, wodurch eine Übergabe in die sich drehende Rotorwelle stattfindet.
-
Um eine axiale Überlappung zwischen der Ölleithülse und dem ersten axialen Endabschnitt der Rotorwelle bei der vorgeschlagenen Anordnung zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass die Ölleithülse einen in axialer Richtung ausgerichteten Kragen oder dergleichen mit einer Außendurchmesserstufe aufweist.
-
Um eine konstruktiv einfach ausgeführte Ölzuführung zwischen der gehäuseseitigen Ölversorgung in den Ölaufnahmeraum der Ölleithülse zu gewährleisten, ist vorgesehen, dass die Ölleithülse mehrere radiale Bohrungen oder dergleichen aufweist. Um eine Fluid- bzw. Ölverteilung in dem Ölaufnahmeraum der Ölleithülse weiter zu verbessern und zu vergleichmäßigen, können die Bohrungen zum Beispiel unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
-
Eine konstruktiv besonders einfache Ausführung des sich vergrößernden zweiten Strömungsquerschnittsverlaufs der Ölfördergeometrie kann dadurch bei der vorgeschlagenen Anordnung realisiert werden, dass der erste axiale Endabschnitt der Rotorwelle einen sich in Strömungsrichtung vergrößernden Innendurchmesser aufweist. Wenn zusätzlich ein zweiter am gegenüberliegenden Ende der Rotorwelle vorgesehener Endabschnitt der Rotorwelle einen größeren Innendurchmesser als der erste axiale Endabschnitt der Rotorwelle aufweist, wird die Ölförderung weiter verbessert, da auf diese Weise eine Sogwirkung in Strömungsrichtung durch die Rotorwelle erzeugt wird.
-
Eine nächste vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein zentraler Abschnitt der z. B. mehrteiligen Rotorwelle zwischen den beiden Endabschnitten radial innen einen mit der Rotorwelle verbundenen Ölverteilungskörper oder dergleichen aufweist. Mithilfe des Ölverteilungskörpers soll die Ölverteilung über den gesamten Innendurchmesser an der Rotorwelle sichergestellt werden, sodass eine optimierte Kühlwirkung gewährleistet wird.
-
Vorzugsweise ist der Ölverteilungskörper bei der vorgeschlagenen Anordnung etwa zylinderförmig oder dergleichen mit einer axial verlaufenden Durchführungsöffnung für die koaxial angeordnete Abtriebswelle ausgeführt. Auf diese Weise ist der an der Rotorwelle befestigte Ölverteilungskörper radial gesehen zwischen dem Innendurchmesser der Rotorwelle und dem Außendurchmesser der Abtriebswelle angeordnet.
-
Um die Ölverteilung zu verbessern, wird der Radialspalt zur Überführung über die gesamte Länge der Rotorwelle zwischen dem Innendurchmesser des zentralen Abschnittes der Rotorwelle und dem Außendurchmesser des Ölverteilungskörpers gebildet. Auf diese Weise kann das Öl über den gesamten Innendurchmesser der Rotorwelle besser verteilt werden. Vorzugsweise können hierfür verschiedene Konturen an dem Außendurchmesser bzw. an dem Mantel des Ölverteilungskörpers beispielsweise in Form von axial verlaufenden Ölführungsnuten oder dergleichen angeordnet werden.
-
Für die Sammlung des Öls und die gezielte Zuführung bzw. Abführung des Öls an den Stirnseiten des Ölverteilungskörpers können entsprechende geometrische Elemente, wie zum Beispiel axial vorstehende Ölhaltenasen oder dergleichen an dem Ölverteilungskörper vorgesehen sein.
-
Um eine konstruktiv einfache Befestigung des Ölverteilungskörpers an der Rotorwelle zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass der Ölverteilungskörper an seinen Stirnseiten mehrere axial vorstehende Befestigungselemente oder dergleichen zum Befestigen an dem zugeordneten Endabschnitt der Rotorwelle aufweist. Beispielsweise kann eine formschlüssige, kraftschlüssige oder auch stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Ölverteilungskörper und der Rotorwelle bzw. den Endabschnitten der Rotorwelle realisiert werden.
-
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung beansprucht ein Fahrzeug mit der vorbeschriebenen Anordnung, sodass sich die bereits beschriebenen und weitere Vorteile ergeben. Das Fahrzeug kann beispielsweise als Antrieb eine elektrische Maschine aufweisen, die mit der vorgeschlagenen Anordnung gekühlt wird.
-
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert.
-
Es zeigen:
- 1 eine schematische Schnittansicht einer möglichen Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Kühlen eines Rotors einer elektrischen Maschine eines Fahrzeuges;
- 2 eine vergrößerte Detailansicht gemäß 1;
- 3 eine geschnittene Einzelteilansicht einer Ölleithülse der erfindungsgemäßen Anordnung;
- 4 eine dreidimensionale Einzelteilansicht der Ölleithülse;
- 5 eine dreidimensionale Schnittansicht einer koaxial zu einer Abtriebswelle angeordneten Rotorwelle mit einem Ölverteilungskörper; und
- 6 eine dreidimensionale Einzelteilansicht des Ölverteilungskörpers.
-
In den 1 bis 6 sind verschiedene Ansichten einer Anordnung zum Kühlen eines Rotors 1 einer elektrischen Maschine 2 in einem Gehäuse 3 eines Fahrzeuges 4 beispielhaft dargestellt. Die elektrische Maschine 2 bildet dabei ein Antriebsaggregat zum Antreiben des Fahrzeuges 4.
-
Die Anordnung umfasst eine den Rotor 1 tragende Rotorwelle 5 als Hohlwelle, in der eine koaxial verlaufende drehbare Abtriebswelle 6 gelagert ist, sodass sich zwischen der Rotorwelle 5 und der Abtriebswelle 6 ein Radialspalt 7 über die axiale Länge der Rotorwelle 5 ergibt.
-
Um eine verbesserte Ölförderung konstruktiv einfach und kostengünstig zu realisieren, ist vorgesehen, dass einem ersten axialen Endabschnitt 8 der Rotorwelle 5 eine gehäusefeste von einer gehäuseseitigen Ölversorgung 9 mit Öl versorgte Ölleithülse 10 als Öleinlass zum Bilden eines Ölaufnahmeraumes 11 zugeordnet ist, wobei sich an den Ölaufnahmeraum 11 eine Ölfördergeometrie zur Ölförderung in den Radialspalt 7 anschließt, welches insbesondere in den 1 und 2 verdeutlicht wird, wobei der Ölfluss in 2 durch einen Pfeilverlauf angedeutet ist.
-
Demzufolge wird zur Kühlung der Rotorwelle 5 das Kühlmedium aus einem Lagerschild 12 in dem Gehäuse 3 und der Ölleithülse 10 in den Radialspalt 7 zugeführt.
-
Zwischen dem Lagerschild 12 und der Rotorwelle 5 ist die Ölleithülse 10 vorgesehen, welche eine kontinuierliche und unterbrechungsfreie Ölzuführung ermöglicht.
-
Die in den 3 und 4 in Einzelansichten dargestellte Ölleithülse 10 ist ein ringförmiges Bauteil mit einem in Richtung der Rotorwelle 5 gerichteten Kragen 13. Der Kragen 13 der Ölleithülse 10 weist eine Außendurchmesserstufe 14 auf, sodass dieser in axialer und radialer Richtung mit dem ersten axialen Endabschnitt 8 der Rotorwelle 5 überlappt. Innerhalb der Rotorwelle 5 und der Ölleithülse 10 ist die Abtriebswelle 6 angeordnet. Die Ölleithülse bzw. der Ölleitring 10 ist in dem Lagerschild 12 des Gehäuses 3 befestigt. Das Lagerschild 12 weist einen Ölführungskanal 15 auf, der mit der gehäuseseitigen Ölversorgung 9 verbunden ist. Das Öl kann über die Schwerkraft, den statischen Druck oder eine Pumpe aus der Ölversorgung 9 durch mehrere über den Umfang der Ölleithülse 10 verteilt angeordnete radial verlaufende Bohrungen 16 in den Ölaufnahmeraum 11 strömen. Der Ölaufnahmeraum 11 wird durch die Ölleithülse 10 und die Abtriebswelle 6 sowie durch ein Lager 17 begrenzt. Die Bohrungen 16 können unterschiedliche Durchmesser aufweisen, um eine gleichmäßige Verteilung des Öls in dem Ölaufnahmeraum 11 zu gewährleisten.
-
Damit das Öl weiter durch den Radialspalt 7 in axialer Strömungsrichtung fließen kann, wird die Ölfördergeometrie durch einen ersten sich in Strömungsrichtung ausgehend von dem Ölaufnahmeraum 11 bis zu einer Engstelle 18 verringernden Strömungsquerschnittsverlauf 19 und durch einen zweiten sich in Strömungsrichtung ausgehend von der Engstelle 18 bis zum Eintritt in den Radialspalt 7 vergrößernden Strömungsquerschnittsverlauf 20 vorgesehen. Der erste Strömungsquerschnittsverlauf 19 am Öleinlass wird in Strömungsrichtung durch die Abtriebswelle 6 und die ÖIleithülse 10 gebildet. Bis zur Engstelle 18 zwischen der Abtriebswelle und der Ölleithülse 10 verringert sich der Strömungsquerschnitt. Infolge der Erhöhung des dynamischen Drucks sinkt der statische Druck ab und das Öl wird in den Radialspalt 7 von außen gepresst. Ab der Engstelle 18 weitet sich der Strömungsquerschnitt entlang des zweiten Strömungsquerschnittsverlaufs 20 auf. Im Anschluss findet der Übergang zu der drehenden Rotorwelle 5 statt.
-
Der sich der Ölleithülse 10 anschließende erste axiale Endabschnitt 8 der Rotorwelle 5 weist eine Kegelgeometrie an dem zur Abtriebswelle 6 zugewandten Innendurchmesserbereich auf, welches bedeutet, dass der Innenradius in Strömungsrichtung ansteigt. Dadurch bekommt das durch die Zentrifugalkraft radial geschleuderte Öl eine axiale Kraftkomponente und wird dadurch in Strömungsrichtung geleitet. Durch die unterschiedlichen Innendurchmesser an dem ersten axialen Endabschnitt 8 und einem zweiten gegenüberliegenden axialen Endabschnitt 21 der Rotorwelle 5 wird eine Sogwirkung in Strömungsrichtung erzeugt. Dabei ist der Innendurchmesser des ersten axialen Endabschnittes 8 kleiner als der Innendurchmesser des zweiten axialen Endabschnittes 21 der Rotorwelle 5, sodass die Sogwirkung in der Zeichnungsebene der 1 von rechts nach links erzeugt wird.
-
In den 5 und 6 ist ein zusätzlicher Ölverteilungskörper 22 radial innen entlang eines zentralen Abschnittes der Rotorwelle 5 vorgesehen, wobei der Ölverteilungskörper 22 etwa zylinderförmig mit einer axial verlaufenden Durchführungsöffnung 23 für die koaxial angeordnete Abtriebswelle 6 ausgeführt ist und mit der Rotorwelle 5 verbunden ist.
-
Bei der Verwendung des Ölverteilungskörpers 22 wird der Radialspalt 7 über die axiale Länge der Rotorwelle 5 zwischen dem Innendurchmesser des zentralen Abschnittes der Rotorwelle 5 und dem Außendurchmesser bzw. Außenmantel des Ölverteilungskörpers 22 gebildet. An dem Außendurchmesser bzw. an dem Außenmantel des Ölverteilungskörpers 22 sind axial verlaufende Ölführungsnuten 24 mit schräg verlaufenden Seitenabschnitten vorgesehen. Auf diese Weise wird das axial geführte Öl entlang der schräg verlaufenden Seitenabschnitte über den gesamten Außendurchmesser des Ölverteilungskörpers 22 und damit auch über den gesamten Innendurchmesser der Rotorwelle 5 verteilt.
-
Um das Öl bei der rotierenden Rotorwelle 5 und dem damit ebenfalls rotierenden Ölverteilungskörper 22 in Umfangsrichtung aufzuhalten, weist der Ölverteilungskörper 22 an seinen Stirnseiten axial vorstehende Ölhaltenasen 25 auf.
-
Um dem Ölverteilungskörper 22 sicher an der Rotorwelle 5 zu befestigen, weist der Ölverteilungskörper 22 an seinen Stirnseiten mehrere axial vorstehende Befestigungselemente 26 zum Befestigen an den jeweils zugeordneten Endabschnitten 8, 21 der Rotorwelle 5 auf.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Rotor
- 2
- elektrische Maschine
- 3
- Gehäuse
- 4
- Fahrzeug
- 5
- Rotorwelle
- 6
- Abtriebswelle
- 7
- Radialspalt
- 8
- erster axialer Endabschnitt der Rotorwelle
- 9
- gehäuseseitige Ölversorgung
- 10
- Ölleithülse
- 11
- Ölaufnahmeraum
- 12
- Lagerschild
- 13
- Kragen
- 14
- Außendurchmesserstufe
- 15
- Ölführungskanal
- 16
- Bohrung
- 17
- Lager
- 18
- Engstelle
- 19
- erster Strömungsquerschnittsverlauf
- 20
- zweiter Strömungsquerschnittsverlauf
- 21
- zweiter axialer Endabschnitt der Rotorwelle
- 22
- Ölverteilungskörper
- 23
- Durchführungsöffnung
- 24
- Ölführungsnut
- 25
- Ölhaltenase
- 26
- Befestigungselement
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
